Электродвигатель. Генератор

Научимся понимать, как устроены и работают электродвигатель и генератор, и почему они так важны в технике.

Электродвигатели и генераторы — основа современной цивилизации: они приводят в движение поезда, станки, бытовую технику, а также вырабатывают электроэнергию на электростанциях. Понимание их принципов помогает осознанно использовать технику и видеть физику в повседневной жизни.

• Электродвигатель преобразует электрическую энергию в механическую, используя взаимодействие магнитного поля и тока в проводнике.
• Генератор преобразует механическую энергию в электрическую, используя явление электромагнитной индукции.
• В основе работы и двигателя, и генератора лежит магнитное поле, создаваемое постоянными магнитами или электромагнитами.
• Ротор — подвижная часть машины, статор — неподвижная.
• Вращение рамки в магнитном поле вызывает изменение магнитного потока, что приводит к возникновению индукционного тока (в генераторе).
• В двигателе ток в рамке создает силу Ампера, которая заставляет рамку вращаться.
• Электродвигатели и генераторы обратимы: один и тот же прибор может работать и как двигатель, и как генератор.

Электромагнитная индукция

Явление возникновения электрического тока в замкнутом проводнике при изменении магнитного потока, пронизывающего этот проводник.

Электродвигатель

Устройство, которое превращает электрическую энергию в механическую (вращение вала).

Генератор

Устройство, которое превращает механическую энергию вращения в электрическую энергию.

Ротор

Подвижная часть электродвигателя или генератора, которая вращается.

Статор

Неподвижная часть электродвигателя или генератора, которая создает магнитное поле.

Сила Ампера

Сила, с которой магнитное поле действует на проводник с током. Именно она заставляет вращаться ротор двигателя.

• Явление электромагнитной индукции открыл Майкл Фарадей в 1831 году.
• В генераторе при вращении рамки в магнитном поле в ней возникает индукционный ток, который можно использовать во внешней цепи.
• В электродвигателе постоянного тока используется коллектор — устройство, которое меняет направление тока в рамке, чтобы она вращалась в одну сторону.
• Промышленные генераторы на электростанциях вырабатывают переменный ток, который затем передается по линиям электропередач.
• Электродвигатели имеют КПД до 90–95%, что делает их очень эффективными преобразователями энергии.
• Обратимость машин: если вращать вал электродвигателя, он начнет вырабатывать электрический ток, то есть работать как генератор.

1. Пример 1случай

   Электродвигатель в пылесосе

   Пояснение

   • электрический ток создает магнитное поле, которое вращает вал с крыльчаткой, создавая поток воздуха
2. Пример 2случай

   Генератор на гидроэлектростанции

   Пояснение

   • вода вращает турбину, турбина вращает ротор генератора, и в обмотках возникает ток
3. Пример 3случай

   Электропоезд

   Пояснение

   • двигатели в колесах превращают электричество из контактной сети в движение поезда
4. Пример 4случай

   Велосипедная динамо-машина

   Пояснение

   • при вращении колеса ротор генератора вращается, и вырабатывается ток для фары

• Первый электродвигатель продемонстрировал Майкл Фарадей в 1821 году, используя магнит и проводник с током, который вращался вокруг магнита.
• Ветряные электростанции используют генераторы, которые вращает ветер, а не пар или вода.
• Электродвигатели в электромобилях могут разгонять машину быстрее, чем бензиновые двигатели, из-за мгновенной реакции на ток.

• Не прикасайся к вращающимся частям работающего двигателя или генератора — можно получить травму.
• Не подключай генератор к сети без специального оборудования — это может вызвать короткое замыкание или поражение током.
• Электродвигатели и генераторы нагреваются при работе — не трогай их сразу после выключения.

• Магнитное поле и его характеристики
• Электромагнитная индукция
• Сила Ампера
• Электрический ток и его действия
• Переменный ток